The Supercritical Carbon Dioxide(S-CO2) Brayton cycle has been gaining attention due to its compactness and high efficiency at moderate turbine inlet temperature. Previous S-CO2 cycle research works in the field of nuclear engineering were focused on its application to the next generation reactor with higher turbine inlet temperature than the existing conventional water-cooled nuclear power plants. However, it was shown in authors’ previous paper that the advantages of the S-CO2 Brayton cycle can be also further applied to the water-cooled Small Modular Reactor (SMR) with success, since SMR requires minimal overall footprint while retaining high plant performance. One of the major issues in the S-CO2 Brayton cycle is the selection and design of appropriate turbomachineries for the cycle. Since most of the existing turbomachineries in the nuclear industries operate with either incompressible fluid or ideal gas, it is not appropriate to choose the S-CO2 Brayton cycle turbomachineries under existing framework. This is because the S-CO2 Brayton cycle high efficiency is the result of the non-linear properties variation near the CO2 critical point, and turbomachineries have to operate near the critical point. Thus, the major focus of this paper is to suggest the design methodology of the turbomachineries necessary for the S-CO2 Brayton cycle coupled to water-cooled SMR conditions. The suggested design methodology was first tested with the existing experimental data to verify its capability. After then, it was applied to the suggested system to demonstrate its capability and to provide fundamental information for the future design of the suggested system.
초임계 이산화탄소 브레이튼 싸이클은 사이즈의 컴팩트함과 중간 영역의 터빈 입구 온도에서의 높은 효율로 인해 많은 관심을 받고 있다. 기존 초임계 브레이튼 싸이클 연구는 차세대 원전에 적용하기 위한 높은 터빈 입구 온도를 적용한 싸이클을 연구했었다. 하지만 초임계 브레이튼 싸이클의 장점들은 소형 모듈 원전에 대해서도 성공적으로 적용 가능하다는 연구가 있었다. 초임계 이산화탄소 브레이튼 싸이클의 가장 큰 이슈중 하나는 터보머신 설계의 접근 방법에 있다. 기존에 존재하는 터보머신의 설계 방법론은 비압축성 유체 혹은 이상 기체를 작동유체로 사용하고 있기 때문에 초임계 이산화탄소 터보머신을 설계함에 적당하지 않다. 이는 초임계점 근처에서 이산화탄소의 비선형적인 물성치의 변화에 근본을 둔다. 따라서 이 논문은 초임계 이산화탄소 터보머신의 향상된 설계방법론을 제안하는 것이다. 제안된 방법론은 확보된 실험 데이터와의 검증이 일차적으로 이루어 졌다. 그 후 제안된 시스템에 적용하여 초임계 이산화탄소 브레이튼 싸이클 터보머신의 설계를 위한 기초적인 정보들을 얻는 것에 활용되었다.
